《2020（电力行业）电力市场输电阻塞管理的线性优化模型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020（电力行业）电力市场输电阻塞管理的线性优化模型（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、（电力行业）电力市场输电阻塞管理的线性优化模型电力市场的输电阻塞管理模型电子科技大学指导老师：杜鸿飞参赛队员：朱泓丞康锋 吴清兰 电力市场输电阻塞管理的线性优化模型摘要本文建立了管理电力市场输电阻塞的线性规划模型。首先要确定各线路潮流值关于各机组出力值的近似表达式。先取点画图，对图进观察分析后，确定所有线路的潮流值都与机组的出力值成线性关系；接着采用线性拟合，利用matlab的最小二乘拟合法得到要求的近似表达式；最后对表达式进行了拟合优度的分析，对式中各系数和常数也做出了合理性说明。阻塞费用是由两部分引起的：序内容量不能出力的部分，序外容量要在清算价上出力的部分。“公平对待两者”就理解为电网公
2、司赔偿两者在交易中所有的收入损失，从而制定出了阻塞费用的计算规则和公式。确定预分配方案时，不用考虑电网的输电安全，目标就是使预案中的清算价最小，约束条件是爬坡速率，以及预报的负荷需求与机组总出力平衡。据此建立预案模型，得到结果：负荷需求为982.4时，清算价为303元/，总购电费用为74416.8元；负荷需求为1052.8时，清算价为356元/，总购电费用为91527.6元；输电阻塞的管理需要对不同的情况建立不同的优化模型，我们建立了三个线性规划模型。1）输电阻塞能够消除时，建立模型一，以阻塞费用最小为优化目标，约束条件在前面预案模型的基础上增加各线路的潮流值不能超过其限值的约束。2）当输电阻
3、塞不能避免，但是可以使每条线路的潮流绝对值超过限值的百分比小于相对安全裕度时，建立模型二，以线路潮流绝对值超过限值百分比尽量小为目标，约束条件在预案模型的基础上增加调整后各线路朝流绝对值超过其限值的百分比都在安全裕度内的约束。3）当情况1），2）都不满足，必须在用电侧拉闸限电时，建立模型三，以限制电量最少为优化目标，约束条件在预案模型的基础上增加限电后各线路潮流绝对值超过其限值的百分比都在安全裕度内的约束。 模型求解结果为：负荷需求为982.4时，用模型一求解，阻塞费用为3051.8元；需求为1052.8时，用模型二求解，阻塞费用为1085.7元。最后，文章对结果进行了分析，对模型提出了改进意
4、见。一、 问题重述我国电力系统的市场化改革正在积极、稳步地进行。可以预计，随着我国用电紧张的缓解，电力市场化将进入新一轮的发展。电力从生产到使用发电、输电、配电和用电是瞬间完成的。我国电力市场初期采用交易和调度一体化的模式。电网公司制订好电力市场交易规则，在电网“安全第一”的原则下，按照购电费用最小的经济目标来运作。市场交易-调度中心根据负荷预报和交易规则制订满足电网安全运行的调度计划各发电机组的出力（发电功率）分配方案；在执行调度计划的过程中，还需实时调度承担AGC（自动发电控制）辅助服务的机组出力，以跟踪电网中实时变化的负荷。已知某电网有8台发电机组和6条主要线路。电网每条线路上的有功潮流
5、的绝对值有一安全限值，限值还具有一定的相对安全裕度（即在应急情况下潮流绝对值可以超过限值的百分比的上限）。如果各机组出力分配方案使某条线路上的有功潮流的绝对值超出限值，称为输电阻塞。当发生输电阻塞时，需要研究如何制订既安全又经济的调度计划。电力市场交易规则如下：1. 以15分钟为一个时段组织交易，段的报价。各机组将可用出力由低到高分成至多10段报价，段价按段序数单调不减。2. 在当前时段内，市场交易-调度中心按段价从低到高选取各机组的段容量或其部分，直到它们之和等于预报的负荷，这时每个机组被选入的段容量或其部分之和形成该时段该机组的出力分配预案。最后一个被选入的段价称为该时段的清算价，该时段全
6、部机组的所有出力均按清算价结算。本文要解决的问题为：1. 给定了各机组的当前出力和各线路上对应的有功潮流值，以及当前方案0和围绕方案0的方案132的一些实验数据（见表1、2）。试用这些数据确定各线路上有功潮流关于各发电机组出力的近似表达式。2. 如果发生输电阻塞，各机组出力分配预案会被调整，此时网方要适当地付给发电商违反分配预案的经济补偿，即阻塞费用。为此，需要设计一种简明、合理的阻塞费用计算规则，除考虑电力市场规则外，还需注意：在输电阻塞发生时公平地对待竞价时已取得发电权的序内容量中不能出力的部分和报价高于清算价的序外容量中出力的部分。 3. 假设已知下一个时段预报的负荷需求是982.4。考
7、虑各机组段容量、段价和爬坡速率（数据见表3、4、5），试按照电力市场规则给出下一个时段各机组的出力分配预案。4. 在3的基础上再考虑潮流限值（数据见表6），检查由3得到的出力分配预案是否会引起输电阻塞。如果会，根据安全且经济的原则，调整各机组出力分配方案，并给出与该方案相应的阻塞费用。5. 增大下一个时段预报的负荷需求，假设为1052.8，重复34的工作。二、 问题分析问题1的实质是数据拟合。观察题中所给表1、2中的数据，发现方案1至32中每4种方案相对方案0只改变一台发电机组的出力，且各发电机组的出力对各线路的潮流量的影响是相互独立的，即潮流量关于出力的表达式中，各发电机组的出力变量之间无直
8、接关系。故以4中方案为一组，在其中一个发电机组的出力改变而其它组不变时，其它各组的出力对各线路潮流量的影响是不变的，可以处理为一个常数，此时潮流量的改变就只与出力发生改变那一台发电机组有关。可以通过画图判断它们的函数关系。考察完32种方案，就可以得到线路的潮流值与各机组出力的函数关系，然后用最小二乘法拟合。拟合之后，考察拟合优度，判断拟合的关系式与实际情况的近似性。 问题2是要在公平对待序内容量和序外容量的基础上，设计简明、合理的阻塞费用计算规则。阻塞费用是发生输电阻塞时，不能执行初始交易方案造成的，损失是由于有些序内容量不能出力和有些序外容量要在低于对应报价的清算价上出力。对不能出力的序内容
9、量，本应得到的利润无法得到。所以损失费用就为清算价与报价的差额与容量的乘积，总损失就是所有不能出力的段容量的损失之和。对序外容量，其损失费用就是报价与清算价的差额与容量的乘积，总损失就是所有低于清算价出力的段容量的损失之和。公平就理解为对序内容量和序外容量，分别赔偿其所有损失。问题3的要求是在给定预报负荷需求时，根据电力市场交易规则，得到分配预案，不用考虑电网输电的安全。由当前各个机组出力值和各机组的爬坡速度，可以得到各机组下一时段出力值的范围。在不超出范围的前提下，按段价从低到高选取各级组的段容量，直到机组各段容量或其部分之和等于预报负荷需求，最后一个被选入的段价，即为清算价。由此可得到分配
10、预案。问题4建立在问题1，2，3的基础上，是根据给定的潮流值，判断问题3得到的分配预案是否会引起输电阻塞。将问题3得到的预案中的数据代入由问题1得到有功潮流的计算表达式，将结果与题中所给表6给定的潮流限值比较，就可以判断此时是否发生输电阻塞。如果有阻塞，就给出调整后的方案，并计算阻塞费用。可能需要对不同的情况建立不同的线性优化模型。1）当输电阻塞能够消除时，优化的目标是阻塞费用最小。2）当输电阻塞不能避免，但是可以使每条线路的潮流绝对值超过限值的百分比小于相对安全裕度时，以每条线路上潮流的绝对值超过限值的百分比最小作为优化目标。3）当无论怎样分配机组出力都无法使每条线路上的潮流绝对值超过限值的
11、百分比小于相对安全裕度，必须在用电侧拉闸限电时，以限制的电量最小为优化目标。模型的求解考虑采用线性规划软件lingo求解。问题5是增大预报负荷需求量，重复3，4的工作。问题4中建立的模型同样适用。 三、 符号与变量说明符号或变量含义单位机组i当前时段的出力机组i下一时段的出力线路j的潮流量 机组i的爬坡速率/分钟线路j的潮流限值符号或变量含义单位机组i第k段的段容量机组i第k段的段价元/机组i的最大出力值下一时段的预报负荷需求值调整后机组i第k段被选取的容量预案中机组i第k段被选取的容量清算价线路j的相对安全裕度预案中线路j上潮流绝对值超过限值的百分比注： 四、 基本假设1. 各机组发电相互独
12、立，对各线路有功潮流值的贡献互不影响。2. 机组当前出力是对机组当前时段结束时刻实际的出力值的预测值。3. 由于爬坡速率和预报负荷的约束，可以选取机组某个段容量的部分。4. 如果在某个时段的结束时刻负荷预报值等于各机组的总出力值，就认为该时段满足了供需平衡。 假设说明：1)，因为各个机组发电和给线路供电都是相互独立的，所以假设1显然是合理的，而它是解决问题(1)的基础。2)，在当前时刻根据爬坡速度可以预测此时段结束时刻的出力值，有了这个出力值就可以对下一时段的预报负荷进行机组出力的预案分配。题目中当前出力即为这个出力值。这样就对问题进行了化简，不必去考虑一个时段中间各机组出力的复杂变化。3),
13、因为要使得各机组出力之和等于预报的负荷要求，如果让每个被选的段容量都选满，那么很难满足要求。所以允许选取某个段容量的部分，这是合理的。五、 建模前的准备(一)、求解各线路有功潮流关于各电机组出力的近似表达式：1、观察数据规律，画图寻找关系观察题中所给的各机组出力方案表，发现方案1至32的的实验数据有如下规律：相对于当前方案0， 每4个方案只有一个机组的出力值改变。由假设1，各机组的出力对线路潮流值的影响是相互独立的，即潮流值关于出力值的表达式的形式应该是：， （c为常数）其中i1，2，8；j1，2，6.由上述表达式可知，当只有机组i的出力值改变而其它组的不变时，其它机组的出力对线路潮流值的影响
14、是一定的，因此可以设为一个常数，从而上述表达式可以改写为： ， (为常数) 为了确定潮流值与机组i出力值的关系，首先在matlab中作出潮流值与机组i出力值的关系图，通过观察确定它们是何种关系，再选择合适的表达式进行拟合。加上方案0，潮流值关于机组i出力值的数据共有5组，画图时每次使用的是5组数据。下面举例说明画图的作用和潮流量与出力值的关系。例如,从题中各机组出力方案表1和各线路潮流值表2中提取出机组7、8发生改变的出力值和相应潮流值的数据，见表一： 表一 其他机组出力值不变时，线路1的潮流值与对应于机组7，8的出力值的数据（）81.160.58270.96264.85475.529（）164.78162.21163.54162.7164.06方案025262728（）90104.84111.2298.092120.44（）164.78164.66164.7164.67164.69方案029303132对方案0、2528只有机组7的出力值发生了改变，所以用可以表示为：对方案0、2932，只有机组8的出力值发生了改变，为：然后以为纵坐标，、为横坐标，画出关系图，见图一：
